JP6302058B2 - ビスフェノールａ製造装置および製造方法 - Google Patents

ビスフェノールａ製造装置および製造方法 Download PDF

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Description

本出願はビスフェノールA製造装置および製造方法に関するものである。
ビスフェノールAは酸触媒存在下でアセトンに過量のフェノールを反応させて製造する。この反応生成物から高純度のビスフェノールAを取得するために、水を含む低沸点物質を除去し、結晶化(Crystallization)処理してビスフェノールAおよび/またはビスフェノールAとフェノールの固体付加生成物の結晶を析出し、前記固体付加生成物含有スラリーを固液分離した後、回収された固体付加生成物からフェノールを除去してビスフェノールAを得る。
工業的には大容量の反応物を効率的に精製するために連続結晶化方法が用いられている。連続結晶化方法では、結晶化器の内部から得られる固体付加生成物含有懸濁液(slurry)を固液分離して固体付加生成物が回収され、液相部が残る。前記液相部にはフェノールが７０重量%前後、ビスフェノールAが１５重量%前後および残りのその他の副産物が含まれているので、液相部に含まれたフェノールのリサイクルのために、一部の副産物を除去する工程を経た反応母液(mother liquid)を、過量のフェノールを必要とする反応器に循環させて供給している。このような過程において、前記反応での反応器の効率を増大させる必要性が要求されている。
韓国登録特許第０８９９４９６号
本出願はビスフェノールA製造装置および製造方法を提供する。
本出願はビスフェノールA製造装置に関するものである。図２は本出願に係る例示的なビスフェノールA製造装置の工程図である。一つの例示において、ビスフェノールA製造装置は、反応ユニット１０、反応生成物分離ユニット２０およびビスフェノールA精製ユニット３０を含むことができる。前記反応ユニット１０は例えば、フィード１、主反応器１１、回収反応器１２、反応生成物の流れ１３および回収反応生成物の流れ１４からなる群から一つ以上を含むことができる。また、前記反応生成物分離ユニット２０は、脱水器２１、助触媒処理器２２、フラッシュ器２３、反応器還流の流れ２８およびビスフェノールA生産の流れ２９からなる群から一つ以上を含むことができる。また、前記ビスフェノールA精製ユニット３０は、第１結晶化器３１、第１固液分離器３２、第２結晶化器３３、第２固液分離器３４、１次母液の流れ３５、１次ビスフェノールA精製の流れ３６、２次母液の流れ３７および２次ビスフェノールA精製の流れ３８からなる群から一つ以上を含むことができる。例示的な製造装置は、フェノールとアセトンを反応させた反応生成物を反応生成物の流れ１３を通じて流出させる主反応器１１;前記反応生成物の流れ１３をビスフェノールA濃縮の流れ２７およびフェノール濃縮の流れ２４に分離するフラッシュ器２３;前記ビスフェノールA濃縮の流れ２７をビスフェノールA精製の流れ３８および母液の流れ３５に分離し、前記分離した母液の流れを前記主反応器１１へ流出させるビスフェノールA精製ユニット３０;および前記分離した母液の流れ３５の少なくとも一部を前記フラッシュ器２３に流入させるバイパスライン１５を含むことができる。また、一つの例示において、前記製造装置はビスフェノールA精製ユニット３０で分離した母液の流れ３５を追加で反応させた回収反応生成物を回収反応生成物の流れ１４を通じて前記主反応器１１へ流出させる回収反応器１２をさらに含むことができる。この場合、前記バイパスライン１５は回収反応器１２と主反応器１１の間に位置することができる。本明細書において、用語「回収反応生成物」とは、前記分離した母液３５を回収反応器１２を通じて追加で反応させた反応生成物を意味することもある。以下において、回収反応生成物と母液は同じ意味で用いることができ、同様に、回収反応生成物の流れと母液の流れは同じ意味で用いることができる。前記において、主反応器１１にはアセトンおよびフェノールを含むフィード１を導入することができ、これにより、後述するフェノール対アセトンの特定比率が調節され得る。また、前記主反応器１１を経た反応生成物の流れ１３は未反応フェノールおよびアセトンの他に、ビスフェノールAおよび水を優先的に含有する混合物であり得る。本出願において、ビスフェノールA精製ユニット３０で分離した母液の流れ３５の少なくとも一部がバイパスライン１５を通じてフラッシュ器２３に流入されるにつれて、主反応器１１の反応効率を増大させることができる。前記母液の流れの全部を主反応器に流出させる場合、母液に含まれたフェノール含量を考慮して主反応器１１に追加に必要なアセトンを供給することができるが、この時、母液にはビスフェノールAを含有していて主反応器１１でのビスフェノールAの転換率が減少する問題がある。すなわち、母液には多量のビスフェノールAが含まれているが、ビスフェノールAを生成する主反応器１１にビスフェノールAを導入させるのは反応効率の側面で不利であるので、バイパスライン１５を通じてフラッシュ器２３に前記母液を導入させることによって、反応器全体の反応効率を増加させることができる。
本明細書で用語「母液の流れ」とは、ビスフェノールA精製ユニット３０でビスフェノールAを含む成分からビスフェノールAを主成分とする物質類を除去したもので、例えば結晶化後、固液分離器によって結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を分離した液相を意味し得る。本明細書において、母液の流れは１次母液の流れ３５および/または、２次母液の流れ３７を含むことができ、以下において用語「母液の流れ」は、１次母液の流れまたは、２次母液の流れと同じ意味で使用され得る。また、本明細書において、前記固液分離器によって分離された結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物はビスフェノールA精製の流れに流出され得る。以下において、前述した１次ビスフェノールA精製の流れ３６および/または、２次ビスフェノールA精製の流れ３８は、用語「ビスフェノールA精製の流れ」と同じ意味で使用され得る。
化学量論的にビスフェノールAの生産は２モルのフェノールと１モルのアセトンを消費して１モルのビスフェノールAと１モルの水を作り出す。しかし、工業的にはビスフェノールAは酸触媒存在下でアセトンに過量のフェノールを反応させて製造する。この反応生成物から高純度のビスフェノールAを取得するために、反応生成物を結晶化処理し、結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を析出し、得られた結晶スラリーを固液分離した後、回収された結晶からフェノールを除去してビスフェノールAを得る。フェノールとアセトンの酸触媒化反応でフェノール対アセトンの比率は例えば、５:１、７:１、８:１または、９:１であり得る。反応は通常連続的に行われ、一般的に４５℃〜１１０℃、５０℃〜１０５℃、５５℃〜１００℃または、５８℃〜９０℃温度で行われ得る。例えば、前記酸触媒は強無機酸、例えば塩酸または、硫酸のような均一および不均一酸、または、これらのブレンステッドまたは、ルイス酸を使用することができる。また、ジビニルベンゼンを架橋剤として含有するゲル-類似または、多孔性スルホネート化架橋されたポリスチレン樹脂(酸イオン交換剤)が好ましく使用され得る。触媒の他に、チオールを一般的に助触媒として使用することができ、例えばメチルメルカプタンが使用され得る。前記主反応器１１としては例えば、スルホン酸型陽イオン交換樹脂触媒を充填させた垂直固定床反応器を使用することができ、この反応器にフェノール原料とアセトン原料を流通させて連続的に反応を実施することができる。一定期間反応を実施した後、運転を停止させて、劣化した触媒の洗浄および交換を実施することができる。酸触媒下でのフェノールとアセトンの反応において、未反応フェノールおよびアセトンの他に、ビスフェノールAおよび水を優先的に含有する混合物である反応生成物の流れ１３が形成され得る。また、縮合反応の典型的な副産物、例えば、２-(４-ヒドロキシフェニル)-２-(２-ヒドロキシフェニル)プロパン(o、p-BPA)、置換されたインダン、ヒドロキシフェニルインダノール、ヒドロキシフェニルクロマン、スピロビス-インダン、置換されたインデノール、置換されたキサンテンおよび分子骨格内に３個以上のフェニル環を有するより高度に縮合された化合物が発生し得る。また、追加の副成分、例えばアニソール、メシチルオキシド、メシチレンおよびジアセトンアルコールがアセトンの自然縮合および原料物質のうち不純物との反応の結果として形成され得る。水のような２次生成物だけでなく、フェノールおよびアセトンのような未反応供給物質は重合体を製造するためのビスフェノールAの適合性に有害な影響を及ぼすので適切な方法で分離することができる。
本出願の具体例において、製造装置は主反応器１１およびフラッシュ器２３の間に位置し、反応生成物の流れ１３を反応器還流の流れ２８およびビスフェノールA生成の流れ２９に分離する脱水器２１をさらに含むことができる。一つの例示において、前記脱水器２１は低沸点物質を除去できる蒸留装置であり得る。前記ビスフェノールA生成の流れ２９は脱水器２１で前記反応生成物の流れ１３を加熱して水を除去した流れであり得る。前記反応生成物の流れ１３は未反応フェノールおよびアセトンの他に、ビスフェノールAおよび水を優先的に含有する混合物であり得る。前記脱水器２１は前記混合物で水を含むビスフェノールAより沸点が低い物質を気化させて除去することができる。脱水器の下部の内部温度は１５０℃〜２００℃、１５５℃〜１９５℃、１６０℃〜１９０℃または、１６５℃〜１８５℃に調節することができ、脱水器の内部圧力は２００mmHg〜７６０mmHg、３００mmHg〜７３０mmHg、４００mmHg〜７００mmHg、または、４５０mmHg〜６８０mmHgに調節することができる。前記のように内部温度および内部圧力を調節することによって、フェノールとビスフェノールAより沸点が低い低沸点物質を効率的に除去することができる。前記脱水器の温度を上昇させるためには、外部の熱源を供給することができるが、一般的に外部の熱源はスチームを通じて供給され得る。
一つの例示において、製造装置は前記フラッシュ器２３に熱量を供給する熱源をさらに含むことができる。前記熱源を供給する方法は特に制限されず、例えば追加の熱交換機を設置して外部の熱源をフラッシュ器２３に導入することができる。一つの例示において、下部に流出されるビスフェノールA濃縮の流れ２７から一部をフラッシュ器２３に循環させる循環ラインを設置することができ、前記ラインに第３熱交換器を設置することによって、外部の熱源をフラッシュ器に供給することができる。前記脱水器２１で気化する低沸点物質を除いて、脱水器２１の下部に排出されるビスフェノールA生産の流れ２９の反応生成物の流れは、フラッシュ器２３に供給することができ、フラッシュ器２３ではフェノールを気化させることによってフェノールを除去することができる。前記脱水器２１から供給される水が除去された反応生成物の流れから、フェノールを気化させて除去するために、従来は別途の外部の熱源を供給せず、脱水器２１から排出される水が除去された反応生成物の流れ自体の熱量を利用しながらフラッシュ器２３の内部圧力を低くする方式を利用した。ただし、前記のように外部の熱源を供給しない場合、前記フラッシュ器２３の内部温度が目的とする温度範囲の下限値から逸れる可能性があり、目的とする温度範囲の下限値から逸れるようになるとフラッシュ器２３から気化して排出されるフェノールの熱量が低くなってしまい、後述する結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物の溶融に前記フェノールを効果的に利用することができなくなってしまう。したがって、本出願の製造装置は別途の熱源を通じて外部の熱源をフラッシュ器２３に供給してフラッシュ器２３の内部温度を上げるか、内部温度を上げながら内部圧力を調節する方式を使用することができる。前記フラッシュ器２３の内部圧力は１００mmHg〜７００mmHg、２００mmHg〜６００mmHg、または、３００mmHg〜５００mmHgであり得、内部温度は１００℃〜１８０℃、１１０℃〜１７０℃、１２０℃〜１６０℃または、１３０℃〜１６０℃であり得る。前記のように、フラッシュ器２３の目的とする内部圧力または、内部温度を調節することによって、フェノールを効率的に気化させることができる。
前記フラッシュ器２３にてフェノールが気化されてフェノール濃縮の流れ２４に排出され得る。前記フェノール濃縮の流れ２４はフェノール貯蔵装置３に流出されることができる。前記フェノール貯蔵装置３に貯蔵されるフェノールは前述した固液分離器３２、３４に流出されて洗浄用フェノールの役割を遂行でき、または、回収反応器１２または、主反応器１１に循環され得る。本出願に係る製造装置は、前述した通り、フラッシュ器２３に外部の熱源を供給するにつれて、前記フェノール貯蔵装置３に貯蔵されるフェノールの量を増大させることができ、これによって、工程全体における循環される洗浄用フェノールの量を増大させることができる。一つの例示において、フラッシュ器２３で流出されるフェノール濃縮の流れ２４の流量は１０重量部/時間〜７０重量部/時間、２０重量部/時間〜６０重量部/時間または、３０重量部/時間〜５０重量部/時間の範囲内にあることができる。また、フラッシュ器２３で流出されるフェノール濃縮の流れ２４のフェノール含量は、前記において、フラッシュ器に導入されるビスフェノールA生産の流れ２９のフェノール含量対比重量基準で４０%〜８０%、４２%〜７５%、または、４５%〜７０%であり得る。また、フラッシュ器２３で気化して排出されるフェノール濃縮の流れ２４の温度は１００℃〜１８０℃、１１０℃〜１７０℃、１２０℃〜１６０℃、１３０℃〜１６０℃、１３５℃〜１６０℃、１４０℃〜１６０℃または、１４５℃〜１６０℃であり得る。また、前記ビスフェノールA濃縮の流れ２７は、ビスフェノールA３０〜８０重量%、フェノール１重量%〜６０重量%、未反応副産物５〜４０重量%を含むことができ、前記フラッシュ器２３の下部に排出することができる。
一つの例示において、本出願の製造装置は反応器還流の流れ２８中の助触媒を処理して、その結果物を主反応器１１に還流させる助触媒処理器２２をさらに含むことができる。前記助触媒処理器２２は脱水器２１または、フラッシュ器２３から流出した上部の流れを主反応器１１に還流させることができ、前記上部の流れは助触媒処理されてその結果物を主反応器１１に還流されることができる。一つの例示において、前述したフェノール濃縮の流れ２４は助触媒処理用フェノール流れを通じて前記助触媒処理器２２に導入することができる。
前記フラッシュ器２３から排出されるビスフェノールA濃縮の流れ２７は、水、アセトンおよび他の高度な揮発性成分、例えば助触媒があらかじめ蒸留によって完全にまたは、部分的に除去された流れであって、前記ビスフェノールA濃縮の流れ２７は追加処理のためにビスフェノールA精製ユニット３０に導入され、前記ビスフェノールA精製ユニット３０は懸濁液の流れを連続的にまたは、半連続的に放出することができる。本出願の具体例において、前記製造装置のビスフェノールA精製ユニット３０はビスフェノールA濃縮の流れ２７からビスフェノールAとフェノールの付加物を結晶化させる結晶化器;および前記結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物と母液を分離する固液分離器を含むことができる。前記結晶化器および固液分離器はそれぞれ一つずつ位置して、結晶化および固液分離過程が１回実施され得るが、第１結晶化器、第１固液分離器、第２結晶化器および第２固液分離器を含んで２回実施することもでき、例えば、結晶化器３個〜５個および固液分離器３個〜５個を設置して、３回〜５回実施することもできる。前記のような過程によって、ビスフェノールA濃縮の流れ２７を冷却して結晶化させ、結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を得ることができる。一つの例示において、前記結晶化器は冷却器であり得る。すなわち、前記結晶化は一つ以上の冷却器でビスフェノールAおよびフェノールを含有するビスフェノールA濃縮の流れから熱を連続的にまたは、半連続的に除去することによって、過飽和を起こして結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物が結晶化されるようにすることができる。前記結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物は懸濁液の形態であり得る。また、前記冷却器の他に、過飽和崩壊およびそれによる結晶化のために必要な滞留時間をも結晶化器に提供することができる。結晶化器からの懸濁液は一般的にポンプによって冷却器を通じて循環され得る。
また、本出願の具体例において、前記結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を含む懸濁液は固液分離器３２、３４により固液分離することができる。一つの例示において、前記固液分離器は固体と液体を分離する機構であれば特に制限されず、当業界の一般的な器具を使用することができ、例えば、回転濾過器または、遠心分離器を使用することができる。
一つの例示において、本出願の製造装置はフラッシュ器２３で分離されるフェノール濃縮の流れ２４と固液分離器で分離されたビスフェノールA精製の流れの間の熱を交換して結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させる第１熱交換器を含むことができる。前記フラッシュ器２３で分離されるフェノール濃縮の流れ２４は、固液分離用フェノール流れ２６を通じて前記第１熱交換器に導入することができる。具体的に、前記フェノール濃縮の流れ２４は前記ビスフェノールA精製の流れと直接的または、間接的に熱を交換することができる。例えば、フェノール濃縮の流れ２４は前記結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させるまた他のフェノール流れに熱を伝達することができる。すなわち、結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させるまた他のフェノール流れに別途の熱源を加えることなく、高温の蒸気形態の前記フェノール濃縮の流れ２４から熱が伝達され、前記また他のフェノール流れを通じて前述した溶融過程を進行することができる。また他の具体例において、図３に図示された通り、本出願の製造装置はフラッシュ器２３で分離されるフェノール濃縮の流れ２４と第２固液分離器３４で分離されたビスフェノールA精製の流れの間の熱を交換して結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させる第１熱交換器６;およびフラッシュ器２３で分離されるフェノール濃縮の流れ２４と第１固液分離器３２から分離されたビスフェノールA精製の流れの間の熱を交換して結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させる第２熱交換器７を含むことができる。この場合にも、前記フラッシュ器２３で分離されるフェノール濃縮の流れ２４は、固液分離用フェノール流れ２６を通じて前記第１熱交換器６および第２熱交換器７に導入することができる。後述するビスフェノールA精製装置２は結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融してビスフェノールAとフェノールを分離することができるが、前記溶融段階の前に、フェノール濃縮の流れ２４の熱量を利用して、第１熱交換器６および/または、第２熱交換器７を通じて前記結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させることによって、フラッシュ器２３に供給した外部の熱源を効率的に活用することができ、したがって、全体反応器の効率を増大させることができ、エネルギーを節減することができる。一つの例示において、前記熱交換機を通じて熱量を伝達したフェノール濃縮の流れ２４は再び主反応器１１に供給することができる。
一つの例示において、本出願の製造装置は、前記ビスフェノールA精製ユニット３０から流出されるビスフェノールA精製の流れ中に存在する結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融してビスフェノールAとフェノールを分離するビスフェノールA精製装置２をさらに含むことができる。
また、本出願の製造装置は、前記ビスフェノールA精製ユニット３０で分離された母液の流れ３５、３７からペンタンを除去する母液精製装置４をさらに含むことができる。前記において、母液の流れ３５、３７には低沸点の炭素数４〜６であるアルカン炭化水素、例えばペンタンが５〜１５重量%含まれているので、これを母液精製装置で気化させて除去することができる。前記母液精製装置４から排出される母液にはフェノール６５重量%〜８０重量%、ビスフェノールA１０重量%〜２０重量%およびその他の未反応副産物が含まれることがある。
本出願はまた、ビスフェノールA製造方法に関するものである。前記製造方法は前述したビスフェノールA製造装置を利用してビスフェノールAを製造することを含むことができる。例示的な、製造方法はフェノールとアセトンを主反応器１１で反応させて反応生成物を反応生成物の流れ１３を通じて流出させる段階;前記反応生成物の流れ１３をフラッシュ器２３でビスフェノールA濃縮の流れおよびフェノール濃縮の流れに分離する段階;前記ビスフェノールA濃縮の流れ２７をビスフェノールA精製ユニット３０でビスフェノールA精製の流れおよび母液の流れに分離し、前記分離された母液の流れ３５を前記主反応器１１に流出させる段階;および前記分離された母液の流れ３５の少なくとも一部をバイパスライン１５を通じて前記フラッシュ器２３に流入させる段階を含むことができる。また、前記製造方法はフラッシュ器２３に熱源を通じて熱を加える段階をさらに含むことができる。また、本出願の具体例において、前記製造方法はビスフェノールA精製ユニット３０で分離された母液の流れ３５を回収反応器１２を通じて追加で反応させた後、母液を回収反応生成物の流れを通じて前記主反応器に流出させ、前記回収反応生成物の流れからバイパスラインを通じて母液の少なくとも一部をフラッシュ器に流入させることを含むことができる。前記において、主反応器１１にはアセトンおよびフェノールを含むフィード１を追加に導入することができ、これにより、前述したフェノール対アセトンの特定比率を調節することができる。本出願において、母液の少なくとも一部がバイパスライン１５を通じてフラッシュ器２３に流入されるにつれて、主反応器１１の反応効率を増大させることができる。
一つの例示において、前記製造方法において、分離された母液の流れをバイパスラインを通じて前記フラッシュ器に流入させる段階は、前記分離された母液の流れから重量基準で１０%〜１００%が前記フラッシュ器に流入されることを含むことができる。すなわち、前記バイパスライン１５を通じてフラッシュ器２３に導入される母液の流れはビスフェノールA精製ユニット３０で分離された母液の流れから重量基準で１０%〜１００%であり得る。具体的に、母液の流れの比率は重量基準で１０%〜１００%、１３%〜１００%、１５%〜１００%、１７%〜１００%、２０%〜１００%、２２%〜１００%または、２５%〜１００%であり得る。前記のように主反応器に導入される母液の流れ対比バイパスラインに流出される母液の流れの比率を制御することによって、主反応器１１の反応効率を増大させることができる。
本出願の具体例において、前記製造方法は、主反応器１１およびフラッシュ器２３の間に位置する脱水器２１を通じて、反応生成物の流れを反応器還流の流れ２８およびビスフェノールA生成の流れ２９に分離する段階をさらに含むことができる。また、本出願の製造方法は助触媒処理器２２を通じて、反応器還流の流れ２８中の助触媒を処理してその結果物を主反応器１１に還流させる段階をさらに含むことができる。
また、本出願の製造方法において、ビスフェノールA精製ユニットでビスフェノールA精製の流れおよび母液の流れに分離することは、結晶化器を通じてビスフェノールA濃縮の流れでビスフェノールAとフェノールの付加物を結晶化させる段階;および固液分離器を通じて、前記結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物と母液を分離する段階を含むことができる。前記結晶化および固液分離段階は、結晶化器および固液分離器をそれぞれ一つずつ位置させて、１回実施することができるが、第１結晶化器、第１固液分離器、第２結晶化器および第２固液分離器を含んで２回実施することもでき、例えば、結晶化器３個〜５個および固液分離器３個〜５個を設置して、３回〜５回実施することもできる。一つの例示において、本出願の製造方法で、ビスフェノールA精製ユニットでビスフェノールA精製の流れおよび母液の流れに分離することは、第１結晶化器３１を通じて、ビスフェノールA濃縮の流れでビスフェノールAとフェノールの付加物を結晶化させる段階;第１固液分離器３２を通じて、前記第１結晶化器３１で流出される結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物と母液を分離する段階;第２結晶化器３３を通じて、前記第１固液分離器３２から分離された結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を再結晶化させる段階;および第２固液分離器３４を通じて、前記第２結晶化器３３で流出される結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物と母液を分離する段階を含むことができる。
一つの例示において、前記製造方法はフラッシュ器２３で分離されるフェノール濃縮の流れ２４と固液分離器で分離されたビスフェノールA精製の流れの間で第１熱交換器を通じて熱を交換して結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させる段階を含むことができる。また、本出願の具体例において、前記製造方法はフラッシュ器２３で分離されるフェノール濃縮の流れ２４と第２固液分離器３４で分離されたビスフェノールA精製の流れの間で第１熱交換器６を通じて熱を交換して結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させる段階;およびフラッシュ器２３で分離されるフェノール濃縮の流れ２４と第１固液分離器３１で分離されたビスフェノールA精製の流れの間で第２熱交換器７を通じて熱を交換して結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させる段階を含むことができる。これは前述した、ビスフェノールA精製装置で結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融してビスフェノールAとフェノールを分離することができるが、前記溶融段階の前に、フェノール濃縮の流れ２４の熱量を利用して、第１熱交換器６および/または、第２熱交換器７を通じて直接的または、間接的に、前記結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させることによって、フラッシュ器２３に供給した外部の熱源を効率的に活用することができ、これによって、全体反応器の効率を増大させることができる。
また、本出願の製造方法はビスフェノールA精製ユニット３０で流出されるビスフェノールA精製の流れ中に存在する結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融してビスフェノールAとフェノールを分離する段階をさらに含むことができる。前記段階を通じて、本出願の製造方法は、ビスフェノールA精製装置２でビスフェノールAとフェノールを分離して、最終的にビスフェノールAを生産することができる。
本出願はビスフェノールAを精製する工程において、結晶化の後、母液の流れの全部または、一部をバイパスラインを通じてフラッシュ器に循環させることによって反応器のビスフェノールA転換率を増加させ、エネルギーを削減し、フラッシュ器上部に排出されるフェノールの熱源を活用することによって、工程全体の反応効率を増大させることができる。
従来ビスフェノールA製造装置を示している工程図。 本出願に係るビスフェノールA製造装置を示している工程図。 本出願に係るビスフェノールA製造装置を示している工程図。
以下、実施例を通して前記ビスフェノールA製造装置および製造方法を詳細に説明するが、前記製造装置および製造方法の範囲が下記に提示された実施例によって制限されるものではない。
実施例１
図２の製造装置および工程を利用してビスフェノールAを製造した。フェノールとアセトンを９:１重量比で主反応器に投入して６０℃で反応させた後、反応生成物を１７８℃、５５０mmHgの脱水器で水を気化させて除去し、水を除去した反応生成物をフラッシュ器に供給した。この時、フラッシュ器には別途の外部の熱源を供給しながら、フラッシュ器の内部温度を１５５℃、内部圧力を２５０mmHgに調節してフェノールを気化させて除去した。前記フラッシュ器で気化されたフェノールを除いたビスフェノールA濃縮の流れは第１結晶化器で結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を含む懸濁液を生成して固液分離器である回転遠心分離機に供給し、前記回転遠心分離機で分離された液相部は母液精製装置である脱ペンタン器に供給され、ペンタンを気化させて除去し、ペンタンが除去された反応母液を得た。前記回転遠心分離機で分離された結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物は熱交換機を経てビスフェノールA精製装置に供給され、ビスフェノールA精製装置を通じてビスフェノールAが生産された。前記において、回転遠心分離機に使用される熱源であるスチーム使用量を減小することができた。
前記反応母液のフェノール含量は７４重量%、ビスフェノールA含量は１６重量%であり、残りはアセトンや他の副産物であった。
前記主反応器に最初のフィードでフェノールは２４.８重量部/時間、アセトンは４.５重量部/時間で供給し、反応液７０重量部/時間が製造され、脱水およびフェノールを除去した。この後結晶化を進行し、母液として５７.４重量部/時間が発生し、この反応母液のうちで２５重量%をフラッシュ器に循環させ、フラッシュ器で脱水器下部での流れと混合されて３５.７重量部/時間のフェノールを蒸発させた。結晶化後、フェノール/ビスフェノールA混合物は追加精製の後、１７.１重量部/時間のビスフェノールAを製造した。
実施例２
反応母液の中で５０重量%をフラッシュ器に循環させ、残りは主反応器に投入したことを除いては実施例１と同じ方法でビスフェノールAを製造した。
実施例３
反応母液の中で１００重量%をフラッシュ器に循環させ、残りは主反応器に投入したことを除いては実施例１と同じ方法でビスフェノールAを製造した。
比較例１
図１の製造装置および工程を利用してビスフェノールAを製造した。フェノールとアセトンを９:１重量比で主反応器に投入して６０℃で反応させた後、反応生成物を１７８℃、５５０mmHgの脱水器で水を気化させて除去し、水を除去した反応生成物をフラッシュ器に供給した。この時、フラッシュ器には別途の外部の熱源を供給せず、フラッシュ器の内部温度を１５５℃、内部圧力を２５０mmHgに調節してフェノールを気化させて除去した。前記フラッシュ器で気化されたフェノールを除いたビスフェノールA濃縮の流れは第１結晶化器で結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を含む懸濁液を生成して固液分離器である回転遠心分離機に供給し、前記回転遠心分離機で分離された液相部は母液精製装置である脱ペンタン器に供給されてペンタンを気化させて除去し、ペンタンが除去された反応母液を得た。前記回転遠心分離機で分離された結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物は、別途の外部の熱源としてスチームが二つの回転遠心分離機に導入されるにつれて溶融した後、ビスフェノールA精製装置に供給され、ビスフェノールA精製装置を通じてビスフェノールAが生産された。
前記反応母液のフェノール含量は７４重量%、ビスフェノールA含量は１６重量%であり、残りはアセトンや他の副産物であった。
前記主反応器に最初のフィードでフェノールは２４.８重量部/時間、アセトンは４.５重量部/時間で供給し、反応液が８３重量部/時間で製造され、脱水およびフェノールを除去した。この後結晶化が進行され、循環用母液として５６.７重量部/時間が発生し、この母液全部を主反応器に投入した。フラッシュ器で脱水後、母液の中で３４.７重量部/時間のフェノールを蒸発させた。結晶化後にフェノール/ビスフェノールA混合物は追加精製され、１６.８重量部/時間のビスフェノールAを製造した。
Figure 0006302058
前記表１でビスフェノールAの転換率は投入されたアセトン量基準で計算し、ビスフェノールA生産量はアスペンのビスフェノールA生成量基準で計算した。また、スチーム消費量はフラッシュ器に導入されるスチーム(実施例１〜３)または、第１および第２固液分離器に導入されるスチーム(比較例１)の流量を測定した。前記表１でバイパスラインを使用していない比較例１はビスフェノールA転換率が低く、ビスフェノールA生産量が低いことが分かる。また、反応母液をバイパスラインを通じてフラッシュ器に導入させる比率が大きいほどビスフェノールA転換率が高く、ビスフェノールA生産量が高くなり、スチーム消費量を節減することができることが分かる。また、フラッシュ器に外部の熱源を加えてフラッシュ器上部のフェノール濃縮の流れの熱で固液分離器に排出される結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させる実施例１〜３と比較して、それぞれの固液分離器に別途にスチームを加える比較例１の場合、スチーム消費量が高いことが確認でき、これを通して実施例に係る製造装置がエネルギー消費を削減させることができたことを確認することができる。
１ フィード(feed)
２ ビスフェノールA精製装置
３ フェノール貯蔵装置
４ 母液精製装置
６ 第１熱交換器
７ 第２熱交換器
１０ 反応ユニット
２０ 反応生成物分離ユニット
３０ ビスフェノールA精製ユニット
１１ 主反応器
１２ 回収反応器
１３ 反応生成物の流れ
１４ 回収反応生成物
１５ バイパスライン
２１ 脱水器
２２ 助触媒処理器
２３ フラッシュ器
２４ フェノール濃縮の流れ
２６ 固液分離用フェノール流れ
２７ ビスフェノールA濃縮の流れ
２８ 反応器還流の流れ
２９ ビスフェノールA生産流れ
３１ 第１結晶化器
３２ 第１固液分離器
３３ 第２結晶化器
３４ 第２固液分離器
３５ １次母液の流れ
３６ １次ビスフェノールA精製の流れ
３７ ２次母液の流れ
３８ ２次ビスフェノールA精製の流れ

Claims (14)

  1. フェノールとアセトンを反応させた反応生成物を反応生成物の流れを通じて流出させる主反応器;
    前記反応生成物の流れをビスフェノールA濃縮の流れおよびフェノール濃縮の流れに分離するフラッシュ器;
    前記ビスフェノールA濃縮の流れをビスフェノールA精製の流れおよび母液の流れに分離し、前記分離された母液の流れを流出させるビスフェノールA精製ユニット;
    ビスフェノールA精製ユニットから分離された母液の流れを追加で反応させた回収反応生成物を、回収反応生成物の流れを通じて前記主反応器に流出させる回収反応器;
    および
    前記分離された母液の流れの少なくとも一部を前記フラッシュ器に流入させる、回収反応器と主反応器との間に位置するバイパスラインを含み、
    前記ビスフェノールA精製ユニットは、ビスフェノールA濃縮の流れでビスフェノールAとフェノールの付加物を結晶化させる結晶化器;および
    前記結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物と母液を分離する固液分離器を含み、
    前記フラッシュ器で分離されるフェノール濃縮の流れと固液分離器で分離されたビスフェノールA精製の流れの間の熱を交換して結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させる第１熱交換器を含む、ビスフェノールA製造装置。
  2. フラッシュ器に熱を加える熱源をさらに含む、請求項１に記載のビスフェノールA製造装置。
  3. 主反応器およびフラッシュ器間に位置し、反応生成物の流れを反応器還流の流れおよびビスフェノールA生成の流れに分離する脱水器をさらに含む、請求項１に記載のビスフェノールA製造装置。
  4. ビスフェノールA精製ユニットは、ビスフェノールA濃縮の流れでビスフェノールAとフェノールの付加物を結晶化させる第１結晶化器;
    前記第１結晶化器で流出される結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物と母液を分離する第１固液分離器;
    前記第１固液分離器で分離された結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を再結晶化させる第２結晶化器;および
    前記第２結晶化器で流出される結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物と母液を分離する第２固液分離器を含む、請求項１に記載のビスフェノールA製造装置。
  5. ビスフェノールA精製ユニットで流出されるビスフェノールA精製の流れ中に存在する結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融してビスフェノールAとフェノールを分離するビスフェノールA精製装置をさらに含む、請求項１に記載のビスフェノールA製造装置。
  6. ビスフェノールA精製ユニットから分離された母液の流れでペンタンを除去する母液精製装置をさらに含む、請求項１に記載のビスフェノールA製造装置。
  7. フラッシュ器で分離されるフェノール濃縮の流れと第２固液分離器で分離されたビスフェノールA精製の流れの間の熱を交換して結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させる第１熱交換器;および
    フラッシュ器で分離されるフェノール濃縮の流れと第１固液分離器で分離されたビスフェノールA精製の流れの間の熱を交換して結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させる第２熱交換器を含む、請求項４に記載のビスフェノールA製造装置。
  8. フェノールとアセトンを主反応器で反応させて反応生成物を反応生成物の流れを通じて流出させる段階;
    前記反応生成物の流れをフラッシュ器でビスフェノールA濃縮の流れおよびフェノール濃縮の流れに分離する段階;
    前記ビスフェノールA濃縮の流れをビスフェノールA精製ユニットでビスフェノールA精製の流れおよび母液の流れに分離して、前記分離された母液の流れを流出させる段階;
    ビスフェノールA精製ユニットから分離された母液の流れを回収反応器を通じて追加で反応させた後、母液を回収反応生成物の流れを通じて前記主反応器に流出させる段階;および
    前記分離された母液の流れの少なくとも一部を前記回収反応生成物の流れからバイパスラインを通じて前記フラッシュ器に流入させる段階を含み、
    前記ビスフェノールA精製ユニットでビスフェノールA精製の流れおよび母液の流れに分離することは、結晶化器を通じて、ビスフェノールA濃縮の流れでビスフェノールAとフェノールの付加物を結晶化させる段階;および
    固液分離器を通じて、前記結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物と母液を分離する段階を含み、
    フラッシュ器で分離されるフェノール濃縮の流れと固液分離器で分離されたビスフェノールA精製の流れの間で第１熱交換器を通じて熱を交換して結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させる段階を含む、ビスフェノールA製造方法。
  9. フラッシュ器に熱源を通じて熱を加える段階をさらに含む、請求項８に記載のビスフェノールA製造方法。
  10. 主反応器およびフラッシュ器間に位置する脱水器を通じて、反応生成物の流れを反応器還流の流れおよびビスフェノールA生成の流れに分離する段階をさらに含む、請求項８に記載のビスフェノールA製造方法。
  11. ビスフェノールA精製ユニットでビスフェノールA精製の流れおよび母液の流れに分離することは、第１結晶化器を通じて、ビスフェノールA濃縮の流れでビスフェノールAとフェノールの付加物を結晶化させる段階;
    第１固液分離器を通じて、前記第１結晶化器で流出される結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物と母液を分離する段階;
    第２結晶化器を通じて、前記第１固液分離器で分離された結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を再結晶化させる段階;および
    第２固液分離器を通じて、前記第２結晶化器で流出される結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物と母液を分離する段階を含む、請求項８に記載のビスフェノールA製造方法。
  12. ビスフェノールA精製ユニットで流出されるビスフェノールA精製の流れ中に存在する結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融してビスフェノールAとフェノールを分離する段階をさらに含む、請求項８に記載のビスフェノールA製造方法。
  13. フラッシュ器で分離されるフェノール濃縮の流れと第２固液分離器で分離されたビスフェノールA精製の流れの間で第１熱交換器を通じて熱を交換して結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させる段階;および
    フラッシュ器で分離されるフェノール濃縮の流れと第１固液分離器で分離されたビスフェノールA精製の流れの間で第２熱交換器を通じて熱を交換して結晶化されたビスフェノールAおよびフェノールの付加物を溶融させる段階を含む、請求項１１に記載のビスフェノールA製造方法。
  14. 分離された母液の流れをバイパスラインを通じて前記フラッシュ器に流入させる段階は、前記分離された母液の流れで重量基準で１０%〜１００%が前記フラッシュ器に流入されることを含む、請求項８に記載のビスフェノールA製造方法。
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